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工业电气设计|高压开关柜的选型及应用分析

【摘要】本文结合系统内所使用的中低压开关柜及所配断路器的基本结构、特点,及在系统内所使用的工作状况,阐述了各种型号的中压开关柜设备选型、安装、调试、检修的重点、注意事项和典型事故的防范措施。对各型开关柜及所使用的环境工况给予建议。

【关键字】开关柜,选型,安装,调试

一、引言

高压电器成套配电装置亦称高压开关柜,它是以高压断路器为主,其它高压电器与之配套的有机组合装置。高压开关柜主要用于配电系统,作为接受和分配电能之用。其优点是结构紧凑,占地少,维护检修方便,适于大量生产,目前35kV及以下的各种户内高压电器大都装于开关柜上使用。

二、开关柜所配真空断路器的种类

1、分体式真空断路器

分体式真空断路器的出现是由我国国情决定的,对我国真空断路器的普及起着相当重要的作用。分体式真空断路器有价格经济、旧柜改装方便等优势,主要用于GG-1A、XGN-10系列开关柜。然而由于操动机构与本体不配套,产生的问题也较多。主要有ZN12、ZN28等极柱空气绝缘型产品。

A、由于操动机构与开关本体分别装于开关柜的不同位置,断路器的各项机械特性参数必须在开关柜上安装后进行调整试验,才有实际意义。加之分体式断路器连接杆件多、孔与销轴累计误差大,如果再由用户自己装调,很难调到最佳位置。

B、机构与断路器匹配性能差,如CD10、CT8的操作功远大于真空断路器的操作功。如CD10操动机构的合闸电流为90~120A,虽然可以将操作功转换到适应真空断路器的范围,但真空断路器的操作功一般为40A左右。

C、操动机构不是为某型真空断路器专门设计,而是可兼顾任何制造厂的装配,装配水平不易控制,不可能调到设计的最佳位置。机构故障、机械联锁故障率较高。因此分体式真空断路器只是普及中的一个过渡种类。

2、联体式即机构本体一体化真空断路器

联体式真空断路器的操动机构与断路器的匹配性能、传动系统、电寿命、绝缘等需要进行全方位的优化设计。在机械加工方面,一些制造厂还采用了柔性加工线、机器人操作等,使加工出的产品性能分散性小,稳定性高。由于出厂前各性能参数已在制造厂调好,现场不需要再调整,用户只需简单复测复试即可。操动机构与真空灭弧室一体化布置的真空断路器以其优越的开断性能和极高的电气、机械寿命在克服了如截流、重燃操作过电压等缺点后,现已广泛应用于开关柜中。

1、落地式真空断路器。早期生产的落地式真空断路器,问题较多。如窄型柜,相间和对地都需要加装绝缘隔板,构成复合绝缘,复合绝缘要求导体与绝缘隔板的10kV设备静空气距离大于30mm,窄型柜一般不易做到,常常使场强集中部位的绝缘隔板发热,加速绝缘老化。

2、中置式真空断路器。中置式真空断路器与中置开关柜配套,是目前国际上较先进的成套开关装置。断路器小巧,互换性强,进出柜体轻便,受地坪平整度影响小,运行维护方便,比早期落地式断路器运行可靠。但中置式真空断路器集中检修时,因同时需要将多台断路器抽出柜外,所以中置式真空断路器的平台小车应具备落地功能,避免人为抬放断路器时摔损设备。

三、开关柜的种类、运行情况分析

目前,开关柜主要分为敞开式(GG1A)、固定式(XGN)和移开(KYN)。从运行情况统计,各型开关柜在运行中发生事故主要有三大类起因:

(一)载流回路过热。开关柜受各种因素的影响容易产生过热现象,严重时将大大降低设备绝缘危及设备安全运行。其中以主变低压进线(母联)开关柜最为突出。

1、开关柜结构导致设备发热(小型化设计)。为防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分,以及克服敞开式开关柜容易进入异物引起设备短路的缺点厂家一般都是根据国标DL/T404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》652中对防护等级分类规定进行设计的。一般,现在的开关柜的防护等级定为IP4X,基本上都采用金属全封闭的外壳。极易出现散热不畅、温度较高的情况,导致元件绝缘性能经长时间运行后变质、劣化构成了绝缘弱点。近年来绝缘薄弱引起设备障碍或事故呈逐年递增的情况。因此对于柜内散热不畅的现象,应高度重视。

2、柜内设备发热

2.1母排过热。母排间间距较小,铜材质量不过关,截面积较小,且母排连接点较多,容易氧化、接触不良,导致连接点温度高,在柜内温度较高时导致母排载流能力降低,载流量减小。应特别指出的是现有10kV母排为增加绝缘往往使用绝缘热缩套管,但当母排发热严重时,绝缘胶套会破裂,有可能导致相间短路。

上述问题可从以下几点解决:(1)选择设计制造工艺较高的厂家;(2)增加母排间间距,必要时可对开关柜泄压通道进行一定的改造;(3)采用质量较好的大尺寸铜材,增加母排载流量;(4)在电气连接面上镀锡、镀银在设备投入、母排清扫时用凡士林、导电膏涂抹,降低接触电阻;(5)增加柜内的散热措施。

2.2刀闸及手车触头过热。近年来因开关柜断路器手车的隔离触头和GN30刀闸(配XGN柜)接触不良发热引发的设备事故呈逐年递增的态势。限于开关柜自身结构,无法观察到断路器手车(刀闸)运行时其隔离触头与静触头的咬合情况。因此在新设备验收中应严格把关,仔细检查新柜中(触头弹簧、静触头固定螺栓)刀闸螺丝是否接触好,防止刀闸衔接过松、过紧;在母线、断路器手车例行检修时,应对隔离触头(刀闸)做重点维护;对隔离触头的螺丝、弹簧应细致检查,弹簧应定期更换,以有效防止弹簧经隔离触头的多次合分后老化导致隔离触头衔接过松;维护时在隔离触头上用凡士林、导电膏涂抹,降低接触电阻。

2.3电流互感器发热问题。目前,柜内电流互感器(CT)普遍采用全密封环氧树脂浇注式结构。但对于大电流回路中,因其结构的限制,增加两个接头连接发热源,全密封浇注式结构一次绕组及铁心散热效果均较差,导致实际应用中大电流运行时内部CT发热问题严重。因此,对于额定电流3150A及以上的柜内CT,在保证内部安全距离的前提下,尽量改用穿芯式结构CT,改善CT散热条件,实际运行经验证明效果良好。